CN112343651A - 一种利用煤矸石进行充填开采的工艺及装备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用煤矸石进行充填开采的工艺及装备，包括如下步骤：S1、将地面矸石山矸石破碎后存储到矸石储料场，形成存储成品矸石；S2、将存储成品矸石通过上料皮带长廊与粉煤灰按比例混合至投料井，经投料井输送至井下矸石仓储存，形成井下矸石；S3、将矸石仓内的矸石、粉煤灰与水泥按比例混合通过运料皮带进入搅拌机，加入适量的水按比例混合进行充分搅拌，形成膏体状似膏体；S4、将似膏体利用充填泵通过管路输送到采空区，在隔离空间内自流接顶；S5、利用煤矿矸石为主要充填骨料，通过充填泵加压将矸石沿充填管路输送至采空区，延长矿井服务年限，可以有效减轻地表塌陷，保护矿区生态环境，可节省矸石排放费用。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿技术领域，尤其涉及一种利用煤矸石进行充填开采的工艺及装备。
背景技术
在充填开采是利用煤矿矸石为主要充填骨料、以水泥和粉煤灰为主要胶凝材料制成轻密度混凝土(膏体、似膏体)，通过矸石充填装备对采空区进行充填，实现控制采空区上覆岩层运动进而减少或避免地面下沉量的一种开采方法。
但是，在所有实施煤矿充填开采企业都使用单一的充填方法，如固体矸石充填开采法、泵送矸石充填开采法、似膏体矸石充填开采法等，这些充填方法各有利弊，在实施过程中不能很好地解决存在的实际存在弊端，随着充填开采技术的不断发展和国家对充填开采效果的要求不断提高，单一的煤矿充填开采方法越来越无法满足充填开采的需求，因此需要提出一种能够解决单一充填方法不足的煤矿矸石结合充填装备进行充填开采的方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种利用煤矸石进行充填开采的工艺及装备。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种利用煤矸石进行充填开采的工艺及装备，该利用煤矸石进行充填开采的工艺包括如下步骤：
S1、将地面矸石山矸石破碎后存储到矸石储料场，形成存储碎矸石；
S2、将存储碎矸石通过上料皮带长廊与粉煤灰按比例混合至投料井，运至井底后进入井下矸石仓，形成井下矸石；
S3、将井下矸石与水泥按比例混合通过运料皮带进入搅拌机，加入适量的水按比例混合进行充分搅拌，得到膏状浆体；
S4、将膏状浆体利用充填泵通过管路输送到采空区，在隔离空间内自流接顶；
S5、利用充填泵沿充填管路，将膏状浆体泵送到充填工作面，形成由充填体和围岩支撑的控制体系，即可完成充填。
优选的，所述装备包括地面矸石破碎存储系统、井下供水系统和井下配比搅拌泵送系统。
优选的，所述地面矸石破碎存储系统工艺流程包括如下步骤：
P1、通过铲车将矸石运输到受料斗内，然后通过板式给料机进行供料；
P2、通过滚轴筛进行筛分，对矸石粒径进行分选，形成大颗粒矸石和小颗粒矸石；
P3、将大于100毫米的大颗粒矸石输送至颚式破碎机进行破碎，形成小于100毫米的小颗粒矸石；
P4、将小颗粒矸石输送到双转子破碎机进行二次破碎，形成微粒矸石；
P5、将微粒矸石输送至滚筒筛进行二次筛分，将大于25毫米的矸石返回至双转子破碎机再次破碎处理；
P6、将小于25毫米的的成品矸石述输至成品储矸棚进行存储。
优选的，所述井下供水系统采用加压水泵连接蓄水池，动态控制水量。
优选的，所述井下配比搅拌泵送系统的统一流程包括如下步骤：
Q1、通过铲车将成品矸石输送至成品受料斗，通过称重式螺旋给料机加入投料机，同时从粉煤灰仓输送粉煤灰混合加入，形成混合原料；
Q2、将混合原料输送至井下矸石仓存储；
Q3、通过动态称重给料机将混合原料输送至搅拌机，同时通过变频水泵冲蓄水池抽水加入，通过水泥矿车输送水泥混合加入，进行混合搅拌，形成膏体；
Q4、通过膏体螺旋输送机输送膏体到充填泵，然后通过充填管路环形器输送至充填管路；
Q5、通过充填管路将充填膏体输送至采空区进行充填作业。
优选的，所述井下配比搅拌泵送系统还包括煤矿用混凝土充填泵选择、充填管道设计和隔离设计。
优选的，所述充填管道设计包括管路选择、管道规格计算。
本发明提供的一种利用煤矸石进行充填开采的工艺及装备，利用煤矿矸石为主要充填骨料、以水泥和粉煤灰为主要胶凝材料制成轻密度混凝，通过矸石充填装备对采空区进行充填，实现控制采空区上覆岩层运动进而减少或避免地面下沉量，能够实现多种意义，可以真正做到村庄不搬迁开采，降低开采成本，提高资源回收率，延长矿井服务年限，可以有效减轻地表塌陷，保护矿区生态环境，可节省矸石排放费用，缓解煤矸石占地及环境污染问题，可享受国家矿产资源综合利用关键技术工艺扶持政策，充填开采可享受煤炭资源税减征政策等。
附图说明
图1为本发明地面矸石破碎存储系统布置图；
图2为本发明的地面矸石破碎子系统工艺流程图；
图3为本发明的井下配比搅拌泵送系统工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种利用煤矸石进行充填开采的工艺及装备，该利用煤矸石进行充填开采的工艺包括如下步骤：
S1、将地面矸石山矸石破碎后存储到矸石储料场，形成存储碎矸石；
S2、将存储碎矸石通过上料皮带长廊与粉煤灰按比例混合至投料井，运至井底后进入井下矸石仓，形成井下矸石；
S3、将井下矸石与水泥按比例混合通过运料皮带进入搅拌机，加入适量的水按比例混合进行充分搅拌，得到膏状浆体；
S4、将膏状浆体利用充填泵通过管路输送到采空区，在隔离空间内自流接顶；
S5、利用充填泵沿充填管路，将膏状浆体泵送到充填工作面，形成由充填体和围岩支撑的控制体系，即可完成充填。
作为优选的，所述装备包括地面矸石破碎存储系统、井下供水系统和井下配比搅拌泵送系统。
作为优选的，所述地面矸石破碎存储系统工艺流程包括如下步骤：
P1、通过铲车将矸石运输到受料斗内，然后通过板式给料机进行供料；
P2、通过滚轴筛进行筛分，对矸石粒径进行分选，形成大颗粒矸石和小颗粒矸石；
P3、将大于100毫米的大颗粒矸石输送至颚式破碎机进行破碎，形成小于100毫米的小颗粒矸石；
P4、将小颗粒矸石输送到双转子破碎机进行二次破碎，形成微粒矸石；
P5、将微粒矸石输送至滚筒筛进行二次筛分，将大于25毫米的矸石返回至双转子破碎机再次破碎处理；
P6、将小于25毫米的的成品矸石述输至成品储矸棚进行存储。
作为优选的，所述井下供水系统采用加压水泵连接蓄水池，动态控制水量。
作为优选的，所述井下配比搅拌泵送系统的统一流程包括如下步骤：
Q1、通过铲车将成品矸石输送至成品受料斗，通过称重式螺旋给料机加入投料机，同时从粉煤灰仓输送粉煤灰混合加入，形成混合原料；
Q2、将混合原料输送至井下矸石仓存储；
Q3、通过动态称重给料机将混合原料输送至搅拌机，同时通过变频水泵冲蓄水池抽水加入，通过水泥矿车输送水泥混合加入，进行混合搅拌，形成膏体；
Q4、通过膏体螺旋输送机输送膏体到充填泵，然后通过充填管路环形器输送至充填管路；
Q5、通过充填管路将充填膏体输送至采空区进行充填作业。
作为优选的，所述井下配比搅拌泵送系统还包括煤矿用混凝土充填泵选择、充填管道设计和隔离设计。
作为优选的，所述充填管道设计包括管路选择、管道规格计算。
本发明提供的一种利用煤矸石进行充填开采的工艺及装备，利用煤矿矸石为主要充填骨料、以水泥和粉煤灰为主要胶凝材料制成轻密度混凝，通过矸石充填装备对采空区进行充填，实现控制采空区上覆岩层运动进而减少或避免地面下沉量，能够实现多种意义，可以真正做到村庄不搬迁开采，降低开采成本，提高资源回收率，延长矿井服务年限，可以有效减轻地表塌陷，保护矿区生态环境，可节省矸石排放费用，缓解煤矸石占地及环境污染问题，可享受国家矿产资源综合利用关键技术工艺扶持政策，充填开采可享受煤炭资源税减征政策等。
实施例
第一，管路选择，依据矿井地勘报告，管路选择基本参数：充填管路最长距离1500m、最大高差240m，流量150m3/h，膏体流速1-2m/s(经验数值)，管路最大耐压17MPa，膏体料浆比重2t/m3。
a.管径选择
充填管径计算公式：
式中，Q—膏体输送能力，m3/h
V—膏体流速，m/s
D—充填管内径，mm
管径162—230mm。
b.壁厚计算
计算管道的壁厚，关键是确定充填管路的最危险工况。充填管路某处发生堵塞后，堵管点至充填泵之间管路内膏体无法流动，膏体在管路内呈静压传递状态，此处压力迅速升高，处于危险工况状态，管路所受的最大压力包括两部分，一部分是充填泵出口压力，堵管时泵出口压力等于安全溢流阀开启压力，另一部分是充填泵出口至考察点有效高差产生的膏体自重压力；显然，当堵管发生在最低标高管段时，所承受的压力达到最大，也是整条管路的最危险工况点。充填管的耐压必须能够承受上述压力的组合作用，确定管道壁厚以最低标高段能够承受最大可能压力为计算条件。
根据《工业金属管道设计规范》GB50316-2000(2008版)，受内压直管厚度计算公式：
式中：ts—直管计算厚度，mm；
P—设计压力；取管道最大耐压17MPa；
D0—管子外径，取无缝钢管常用的外径系列，mm；
[σ]t—在设计温度下材料的许用应力，16Mn耐磨无缝钢管，室温下许用应力为163MPa；
Ej—焊接接头系数，取0.9；
Y—计算系数，取0.4。
c.泵压与管径关系
根据《混凝土泵送施工技术规程》JGJT10-2011，泵送压力与泵送能力、管径的关系可由下式计算：
K1＝300-S1
K2＝400-S1
式中：Lmax—充填管路当量距离，m；
P—充填泵泵送压力，Pa；
R0—充填管半径，m；
K1—粘着系数，Pa；
K2—速度系数，Pa·s/m；
τ2/τ1—混凝土泵分配阀切换时间与推压时间之比，一般取0.3；
Q—泵送能力，m3/h；
α2—径向压力与轴向压力之比，对普通混凝土取0.9；
S1—坍落度，mm；
γ—膏体密度，kg/m3，取2.0t/m3；
ΔH—管路进出口高差，m。
第二，管道规格，充填站到工作面支巷铺设了充填管道，充填材料经搅拌机搅拌成膏体状后通过螺旋输送机均匀给料到煤矿用混凝土泵，经过液压推动将膏体混料通过管道输送至工作面出料管。主充填管道为φ219*10无缝钢管，两端焊接快速法兰，总长700m，含变径管5根(219变159)，支路充填管道为φ159*8无缝钢管，两端焊接快速法兰，总长500m，主充填管道、支路充填管道每节钢管分别采用配套DN219、DN159标准高压管卡、密封垫对接严密，高压管卡标准耐压25MPa，安全系数2.0。
第三，主要设备选择：
(1)颚式破碎机选用PE600*900型号；
(2)滚轴筛选用SGY80/6型滚轴筛，材质为40Cr，调质处理，抗弯性能良好；
(3)双转子反击式破碎机选用2PF—1012型号，工作环境(温度)为-35～+75℃，能够适应冬季-35℃极寒天气；
(4)皮带输送机选用型号DTL80；
(5)动态称重给料机选用型号GLD800/5.5/B，地面用2台，井下用1台；
(6)称重螺旋给料机选用型号TDG250，地面粉煤灰仓用2台，井下水泥仓用1台；
(7)搅拌机选用型号MJD-2000D；
(8)螺旋输送机选用型号GTLS650；
(9)混凝土充填泵选用型号HBMD200/15-630SF；
(10)管路换向器选用型号YD200。
Claims (7)
1.一种利用煤矸石进行充填开采的工艺及装备，其特征在于：该利用煤矸石进行充填开采的工艺包括如下步骤：
S1、将地面矸石山矸石破碎后存储到矸石储料场，形成存储成品矸石；
S2、将存储成品矸石通过上料皮带长廊与粉煤灰按比例混合至投料井，经投料井输送至井下矸石仓储存，形成井下矸石；
S3、将井下矸石、粉煤灰与水泥按比例混合通过运料皮带进入搅拌机，加入适量的水按比例混合进行充分搅拌，得到膏体状似膏体；
S4、将膏体状似膏体利用充填泵通过管路输送到采空区，在隔离空间内自流接顶；
S5、利用充填泵沿充填管路，将膏状浆体泵送到充填工作面，形成由充填体和围岩支撑的控制体系，即可完成充填。
2.根据所述权利要求1的一种利用煤矸石进行充填开采的工艺及装备，其特征在于：所述装备包括地面矸石破碎存储系统、井下供水系统和井下配比搅拌泵送系统。
3.根据所述权利要求2的一种利用煤矸石进行充填开采的工艺及装备，其特征在于：所述地面矸石破碎存储系统工艺流程包括如下步骤：
P1、通过铲车将矸石运输到受料斗内，然后通过板式给料机进行供料；
P2、通过滚轴筛进行筛分，对矸石粒径进行分选，形成大颗粒矸石和小颗粒矸石；
P3、将大于100毫米的大颗粒矸石输送至颚式破碎机进行破碎，形成小于100毫米的小颗粒矸石；
P4、将小颗粒矸石输送到双转子破碎机进行二次破碎，形成微粒矸石；
P5、将微粒矸石输送至滚筒筛进行二次筛分，将大于25毫米的矸石返回至双转子破碎机再次破碎处理；
P6、将小于25毫米的的成品矸石述输至成品储矸棚进行存储。
4.根据所述权利要求2的一种利用煤矸石进行充填开采的工艺及装备，其特征在于：所述井下供水系统采用加压水泵连接蓄水池，动态控制水量。
5.根据所述权利要求2的一种利用煤矸石进行充填开采的工艺及装备，其特征在于：所述井下配比搅拌泵送系统的统一流程包括如下步骤：
Q1、通过铲车将成品矸石输送至成品受料斗，通过称重式螺旋给料机加入投料机，同时从粉煤灰仓输送粉煤灰混合加入，形成混合原料；
Q2、将混合原料输送至井下矸石仓存储；
Q3、通过动态称重给料机将混合原料输送至搅拌机，同时通过变频水泵冲蓄水池抽水加入，通过水泥矿车输送水泥混合加入，进行混合搅拌，形成膏体；
Q4、通过膏体螺旋输送机输送膏体到充填泵，然后通过充填管路环形器输送至充填管路；
Q5、通过充填管路将充填膏体输送至采空区进行充填作业。
6.根据所述权利要求5的一种利用煤矸石进行充填开采的工艺及装备，其特征在于：所述井下配比搅拌泵送系统还包括煤矿用混凝土充填泵选择、充填管道设计和隔离设计。
7.根据所述权利要求6的一种利用煤矸石进行充填开采的工艺及装备，其特征在于：所述充填管道设计包括管路选择、管道规格计算。
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